Comportement aux chocs des matériaux métalliques à différentes vitesses d’impact

Abstract

Le comportement des matériaux métalliques sous choc varie considérablement en fonction de la vitesse d'impact à laquelle ils sont soumis. Cette variation peut engendrer des réponses mécaniques et des modes de déformation différents, influençant ainsi la performance et la durabilité des structures métalliques dans diverses applicationsindustrielles. À des vitesses d'impact faibles à modérées, les matériaux métalliques ont tendance à subir une déformation plastique progressive, où la matière se déforme sans se rompre de manière significative. Ce comportement est souvent associé à une augmentation de la résistance et de la ductilité du matériau, ce qui peut permettre à la structure de mieux absorber l'énergie de l'impact. En revanche, à des vitesses d'impact élevées, les matériaux métalliques peuvent présenter des réponses plus complexes, telles que la fracture ductile ou fragile, la déformation localisée et même la vaporisation de la matière sous l'effet de l'énergie cinétique importante générée par l'impact. Ces phénomènes peuvent entraîner une diminution de la résistance du matériau et une augmentation du risque de défaillance catastrophique de la structure. Pour limiter le cout des essais mécaniques on a recours à la simulation numérique au moyen de la méthode des éléments finis. C’est dans ce conteste que ce mémoire est préparé. Sur la base d’une modélisation numérique, le code de calcul Abaqus, a été utilisé. Ce travail a pour objectif l'analyse de l'effet d'impact d’un projectile rigide sur le comportement des plaques métalliques au choc à vitesses moyennes. Plusieurs facteurs ont étés traités comme la masse de l’impacteur, le matériau et l’épaisseur des plaques ainsi que l’angle de frape entre plaque et le projectile. Pour ce faire, des échantillons de forme circulaire en Acier AISI1045, AISI4340 en Aluminium 6061-T6 et en Carbure de Silicium SiC ont étés analysées selon différentes facteurs d’impact. Mots clés: Acier, Alliages d’Aluminium, comportement aux chocs, déformations, moyennes vitesses, élément finis. Résumé Summary The behavior of metallic materials under shock varies considerably depending on the impact velocity to which they are subjected. This variation can lead to different mechanical responses and deformation modes, influencing the performance and durability of metallic structures in various industrial applications. At low to moderate impact velocities, metallic materials tend to undergo progressive plastic deformation, where the material deforms without significant fracture. This behavior is often associated with increased strength and ductility of the material, allowing the structure to better absorb impact energy. Conversely, at high impact velocities, metallic materials may exhibit more complex responses such as ductile or brittle fracture, localized deformation, and even material vaporization due to the significant kinetic energy generated by the impact. These phenomena can lead to a decrease in material strength and an increased risk of catastrophic failure of the structure. To reduce the cost of mechanical testing, numerical simulation using the finite element method is employed. It is in this context that this thesis is prepared. Based on numerical modeling, the Abaqus calculation code was used. This work aims to analyze the impact effect of a rigid projectile on the behavior of metallic plates under shock at medium velocities. Several factors were considered, such as the mass of the projectile, the material and thickness of the plates, and the angle of impact between the plate and the projectile. Circular samples made of AISI1045 steel, AISI4340 alloy, Aluminum 6061-T6, and Silicon Carbide (SiC) were analyzed under different impact conditions. Keywords: Steel, Aluminum Alloys, shock behavior, deformations, medium velocities, finite element method ملخص: يختلف سلوك المواد المعدنية تحت الصدمة بشكل كبير اعتمادًا على سرعة التأثير التي تتعرض لها. يمكن أن يؤدي هذا االختالف إلى استجابات ميكانيكية مختلفة وأنماط تشوه، مما يؤثر على أداء ومتانة الهياكل المعدنية في التطبيقات الصناعية المختلفة. عند سرعات التصادم المنخفضة إلى المتوسطة، تميل المواد المعدنية إلى الخضوع لتشوه لدن تدريجي، حيث تتشوه المادة دون حدوث كسر كبير. غالبًا ما يرتبط هذا السلوك بزيادة قوة ومرونة المادة، مما يسمح للهيكل بامتصاص طاقة التأثير بشكل أفضل. على العكس من ذلك، عند سرعات التصادم العالية، قد تظهر المواد المعدنية استجابات أكثر تعقيدًا مثل الكسر المرن أو الهش، والتشوه الموضعي، وحتى تبخر المواد بسبب الطاقة الحركية الكبيرة الناتجة عن التأثير. يمكن أن تؤدي هذه الظواهر إلى انخفاض في قوة المواد وزيادة خطر حدوث فشل ذريع في الهيكل لتقليل تكلفة االختبار الميكانيكي، تم استخدام المحاكاة العددية باستخدام طريقة العناصر المحدودة. وفي هذا السياق تم إعداد هذه األطروحة. وباالعتماد على النمذجة العددية تم استخدام كود حساب أباكوس. يهدف هذا العمل إلى تحليل تأثير تأثير مقذوف جامد على سلوك الصفائح المعدنية تحت الصدمة بسرعات متوسطة. تم أخذ عدة عوامل في االعتبار، مثل كتلة المقذوف، والمادة وسمك الصفائح، وزاوية التأثير بين اللوحة والمقذوف. تم تحليل العينات الدائرية المصنوعة من الفوالذAISI1045 ، وسبائكAISI4340 ، واأللومنيوم T60606 ،-وكربيد السيليكون (SiC (في ظل ظروف تأثير مختلفة.